Василенко Л.В., Никифоров А.Ф., Лобухина Т.В. Методы очистки промышленных сточных вод

Подождите немного. Документ загружается.

вредного вещества. ЛПВ показывает, в каком направлении прежде

всего проявится неблагоприятное воздействие.

Например, если в результате проведенных исследований веще-

ства обнаружен порог влияния на санитарное состояние водоема на

уровне 2 мг/л, органолептический порог на уровне 0,5 мг/л, а не дей-

ствующая концентрация по санитарно-токсикологическому призна-

ку – на уровне 0,01 мг/л, то ЛПВ для этого вещества будет санитар-

но-токсикологический. То есть, это вещество прежде всего опасно

по влиянию на здоровье человека, и эта опасность проявится раньше

и при меньших концентрациях, чем может проявиться вредное влия-

ние на санитарный режим водоема и его органолептические свойст-

ва.

По ЛПВ все вредные вещества для водоемов первой категории

разделены на три группы:

– вещества, имеющие санитарно-токсикологический ЛПВ;

– вещества, имеющие общесанитарный ЛПВ;

– вещества, имеющие органолептический ЛПВ.

Для рыбохозяйственных водоемов загрязняющие вещества, кроме

перечисленных ЛПВ, могут иметь дополнительно рыбохозяйствен-

ный и токсикологический.

Действующие правила требуют соблюдения следующего усло-

вия для спуска в водоемы сточных вод с вредными веществами:

доп

, (2)

где

– фактическая или расчетная концентрация вещества в рас-

четном створе,

доп

– ПДК данного вещества. То есть, суммарная

доля концентраций веществ с одинаковым ЛПВ не должна превы-

шать единицы. Для комбинаций веществ с различным ЛПВ условие

сохраняется то же самое, но сложение идет по группам с одним

ЛПВ. В итоге это приводит к тому, что для каждого отдельного за-

грязнения С

будет снижаться:

-£

доп

допф

)

(1СC . (3)

Из формулы следует, что каждое вещество одной группы ЛПВ

может присутствовать в расчетном створе в концентрации, не пре-

вышающей концентрацию правой части неравенства.

Ниже приводятся допустимые нормы состава и свойств воды

водоемов у пунктов питьевого водопользования:

Взвешенные вещества ...

Плавающие примеси …..

Запахи и привкусы ……

Окраска ………………..

Температура …………..

рH ………………………

Минеральный состав ….

Растворенный кислород

БПК

……………………

Возбудители заболеваний

……………………...

Ядовитые вещества …...

………

……….

………

……….

………

Содержание взвешенных веществ не должно увели-

чиваться более, чем на 0,25 мг/л

На поверхности воды не должны обнаруживаться

плавающие пленки, пятна масел и скопления других

примесей

Вода не должна приобретать запахи и привкусы ин-

тенсивностью более 1 балла

Не должна обнаруживаться в столбике воды высотой

20 см

Летняя температура воды после сброса стоков не

должна повышаться более, чем на 3

С по сравнению

со среднемесячной температурой самого жаркого

месяца за последние 10 лет

6,5–8,5

Не должен превышать по сухому остатку 1000 мг/л, в

том числе по хлоридам – не более 350 мг/л и сульфа-

там – не более 500 мг/л

Не менее 4 мг/л

Не более 3 мг/л

Вода не должна содержать. Необходима очистка до

коли-индекса не более 1000

Не должны содержаться в концентрациях, которые

прямо или косвенно могут оказывать влияние на

здоровье человека

При спуске сточных вод в черте города первым пунктом водо-

пользования является данный город. В этих случаях требования, ус-

тановленные к составам и свойствам воды водоема, должны отно-

ситься к самим сточным водам.

1.2. Расчеты выпусков и степени очистки сточных вод

Лимиты водоотведения устанавливаются на основе расчетов

предельно допустимого сброса (ПДС). Под ПДС понимается масса

вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с

установленным режимом в данном пункте водного объекта в едини-

цу времени с целью обеспечения качества воды в расчетном створе.

ст

ПДС

, (4)

где q – наибольший среднечасовой расход стоков, м

/ч, а S

ст

– кон-

центрация загрязнений, г/м

В конкретном случае при установлении лимита отведения

сточных вод в водный объект и для прогнозирования степени за-

грязнения водного объекта ниже по течению проектируемого вы-

пуска расчет величины ПДС производится на основе уравнения ба-

ланса, учитывающего фоновую концентрацию, гидрологические,

гидравлические и гидродинамические особенности водного объекта.

Проекты ПДС разрабатываются и утверждаются для предпри-

ятий и организаций, имеющих или проектирующих самостоятель-

ные выпуски сточных вод в целях соблюдения ПДК в расчетных

створах. Расчет ПДС проводится по наибольшим среднечасовым

расходам стоков фактического периода спуска стоков. Концентра-

ция S

ст

, необходимая для расчета ПДС при сбросе сточных вод в

черте населенного пункта, принимается по величине не более ПДК,

соответствующей требованиям, установленным к составу и свойст-

вам воды водных объектов в местах водопользования.

При расчетах степени очистки сточных вод полагают, что из-

вестна кратность разбавления n, характеризующая интенсивность

разбавления стоков водой водоема. Для проточных водоемов эта ве-

личина может определяться через расходы вод или по концентраци-

ям отдельных загрязнений:

QαQ

, (5)

где Q

– расход сточных вод; Q – расход воды водоема; α – коэффи-

циент, зависящий от гидравлических условий смешения.

= , (6)

где С

– концентрация загрязнения в очищенных стоках; С

– кон-

центрация загрязнения в воде водоема до выпуска стоков (фоновая

концентрация); С – концентрация загрязнения в расчетном створе.

Другими словами, – это отношение избыточных концентраций за-

грязнения в месте выпуска стоков к аналогичным концентрациям в

рассматриваемом сечении.

Для непроточных водоемов используется метод Руффеля и

Лапшева, который применим для рассеивающих и сосредоточенных

выпусков при скорости истечения стоков более 2 м/с. Предполагает-

ся, что выпуск находится в удалении от берега, а глубина в месте

выпуска более 30 диаметров выпускного отверстия. Наименьшее

разбавление на расстоянии

)A(0,21L/dn = , (7)

где А – параметр, определяющий разбавление при рассеивающем

выпуске (при сосредоточенном А=1); L – расстояние от выпуска до

расчетного створа; p – параметр, зависящий от степени проточности

водоема и нагрузки на него по стокам; s – параметр, определяемый

относительной глубиной водоема.

Если известна скорость течения в водоеме, то

)

(0,000015V

n0n

, (8)

где V

–скорость течения; V

– скорость истечения стоков.

Величина S зависит от глубины H в месте выпуска:

0,875

)V/V(360

0,325H

. (9)

Концентрация взвешенных веществ в очищенных сточных во-

дах перед спуском должна удовлетворять следующему соотноше-

нию:

допB0

, (10)

где С

– концентрация взвешенных веществ в воде водоема до вы-

пуска стоков; С

доп

– допустимое увеличение содержания взвешен-

ных веществ в соответствии с нормативами.

Зная концентрацию загрязнения очищенных стоков, можно оп-

ределить необходимую степень очистки стоков Э по взвешенным

веществам (%) по формуле, применимой для любых компонентов:

ст

Ост

СС

= , (11)

где С

ст

и С

– концентрации взвешенных веществ в сточных водах до

и после очистки, соответственно.

Допустимая БПК

для очищенных стоков рассчитывается по

формуле

( )

0,4

O0,4LO

0,4Q

αQ

ст

---=

, (12)

где α – коэффициент, зависящий от гидравлических условий смеше-

ния; Q – расход воды водоема; Q

– расход сточных вод; О

– содер-

жание кислорода в воде до спуска стоков; О – минимально необхо-

димое содержание кислорода в воде по нормативам; L

ст

и L

– БПК

для сточных вод и воды водоема; 0,4 – коэффициент пересчета БПК

в двухсуточную.

Допустимая температура для сточных вод определяется сле-

дующим соотношением:

мaxдопст

. (13)

После расчетов значения сравнивают с имеющимися в кон-

кретной ситуации и делают соответствующие технологические

предложения.

Концентрация кислоты или щелочи в очищенных стоках опре-

деляется по следующим формулам:

1)(nC -= ;

(14)

щщ

1)C(nC -= ,

(15)

где С

и С

– максимальное количество кислоты или щелочи в 1 мл

1н раствора, нейтрализуемое 1 л воды водоема (определяется по но-

мограммам).

В данных расчетах необходимо учитывать нейтрализующую

способность водоема. Она может быть такова, что с учетом разбав-

ления не будет необходимости подвергать сточные воды дополни-

тельной обработке.

Концентрация любого токсичного компонента в очищенных

стоках можно определить по формуле

доп

C)C(CnC ++£ . (16)

В отличие от других загрязнений степень очистки по токсичным

компонентам (%) определяется по следующей формуле:

доп

cт

доп

1Э

. (17)

В случае, если в сточных водах присутствует большое количе-

ство токсичных компонентов, необходимую степень очистки обычно

рассчитывают для того вещества, которое извлекается труднее всего.

При этом для остальных компонентов тем более будет соблюдаться

условие спуска сточных вод.

Пример расчетов степени очистки сточных вод.

1.Состав исходной сточной воды:

ст

C – 1,7 мг/л;

cт

С – 0,8

мг/л;

cт

C – 4,8 мг/л;

ст

C – 400 мг/л; n = 85; водоем первой категории.

2.Фоновые концентрации:

– 0,04;

– 0,0004; С

–

0,085;

As – нет; рH – 7,2; суммарная щелочность В – 3 мг-экв/л.

3.ПДК (С

доп

): С

– 0,1; С

– 0,05; С

– 0,001; С

– 0,1;

pH 6,5–8,5.

4.Разбиваем компоненты по группам ЛПВ: санитарно-токси-

кологический ЛПВ – Pb, As, Se; общесанитарный ЛПВ – Ni.

5.Определяем необходимую степень очистки по группам ЛПВ:

Первая группа:

»++=

доп

0,8

0,001

0,0004

0,05

0,1

0,04

;

»++=

доп

ст

0,001

0,05

0,8

0,1

1,7

;

%1,46100

8,0

185

1 =

-=Э

Вторая группа:

1,360,0850,085)85(0,1C

=+-= ;

%7,71100

8,4

36,18,4

=Э

6. Определяем степень очистки по кислоте:

67,91)0,8(85С

=-= ;

%83100

400

67,9400

Э =

Глава 2

КЛАССИФИКАЦИИ

ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Многообразие гидрометаллургических производств и других

отраслей промышленности, выпускающих и потребляющих огром-

ное число продуктов, обуславливает образование сточных вод само-

го различного состава и с различными физико-химическими свойст-

вами.

Повторное использование сточных вод в системе оборотного

водоснабжения позволяет сократить сброс сточных вод в водоемы,

поэтому на первом этапе изучения жидких отходов, как системы,

должна применяться классификация сточных вод того или иного

предприятия по принципу допустимости их использования в обо-

ротном водоснабжении. С этой точки зрения сточные воды могут

быть разделены на две группы.

Группа А – это сточные воды, приемлемые для общей системы

оборотного водоснабжения, то есть, сточные воды, не содержащие

растворенных нелетучих солей, кислот и щелочей и загрязненные

только такими органическими веществами, которые легко окисля-

ются непосредственно кислородом воздуха или с помощью микро-

организмов.

К этой группе относятся сточные воды от охлаждения поверхно-

стных холодильников и конденсаторов, от охлаждения сальников на-

сосов и других узлов различных машин, конденсаты от паровых ин-

жекторов, конденсаты от перегонки водяным паром, отстойные воды

дистиллятных продуктов и др. Воды этого типа могут сбрасываться в

коллектор оборотных вод непосредственно на технологических уста-

новках через местные отстойники.

К этой же группе могут быть отнесены также сточные воды, об-

разующиеся периодически с переменной концентрацией загрязне-

ний, с возможным содержанием твердых взвесей, например дожде-

вые стоки, воды от смыва полов помещений и технологических

площадок, некоторые воды от промывки аппаратуры. Воды этого

типа должны направляться в систему оборотного водоснабжения че-

рез отстойники-усреднители с большим временем отстоя.

Группа Б – это сточные воды, которые не могут быть направле-

ны в общую систему оборотного водоснабжения. Эти воды обычно

загрязнены нелетучими солями, кислотами и щелочами, а также ор-

ганическими веществами, обладающими повышенной растворимо-

стью в воде или устойчивостью к окислению непосредственно ки-

слородом воздуха или микроорганизмами. Сточные воды этой груп-

пы по составу загрязнителей и характеру действия их на водоемы и

водные организмы разделяются (по Гусеву А.Г.) на четыре типа.

1. Сточные воды, содержащие неорганические примеси со спе-

цифическими токсическими свойствами. К ним относятся сточные

воды содовых, сернокислотных, азотнотуковых заводов, заводов

черной металлургии, машиностроительных предприятий, фабрик

обогащения свинцовых, цинковых, никелевых и других руд и т.п.

Основные загрязнители этих вод – растворимые и малорастворимые

неорганические вещества (соли, кислоты, щелочи, мышьяк, медь,

свинец и другие тяжелые металлы, оксиды и гидроксиды металлов,

фториды, сульфаты, фосфаты), многие из которых обладают токси-

ческими свойствами.

Под влиянием сточных вод первого типа изменяются цвет, про-

зрачность, вкус и запах воды, на дне водоемов появляются отложения

нерастворимых осадков, что затрудняет развитие донной фауны.

Взвешенные вещества забивают и повреждают жабры рыб. В ряде

случаев происходит засолонение водоемов, изменение физико-

химических свойств воды, отравление водных организмов сероводо-

родом, мышьяком и другими токсическими веществами. Особое ме-

сто среди данных сточных вод занимают воды, загрязненные радио-

активными веществами. Они образуются при выщелачивании и рас-

творении радиоактивных минералов при добыче и промывке руд, на

атомных станциях, на предприятиях по изготовлению и регенерации

тепловыделяющих элементов, в медицинских учреждениях. В источ-

никах водоснабжения могут присутствовать такие радионуклиды, как

Ве,

С,

Na,

Mg,

Rb,

Sr,

106

Ru,

137

Cs,

140

Ba,

226

Ra,

232

U и

др.

2. Сточные воды, содержащие неорганические примеси без спе-

цифических токсических свойств. Воды этого типа сбрасываются в

основном углеобогатительными фабриками, рудообогатительными

фабриками кварцевых и марганцевых руд и др. Основными загряз-

нителями здесь являются взвешенные минеральные вещества и мел-

кие частицы пустой породы. Влияние их на водоемы и водные орга-

низмы аналогично сточным водам первого типа, но они менее вред-

ны.

3. Сточные воды, содержащие органические примеси со специ-

фическими токсическими свойствами. К ним относятся промышлен-

ные стоки химических, коксохимических, газосланцевых, нефтепе-

рерабатывающих, гидролизных, лесохимических и целлюлозно-

бумажных предприятий, производств основного органического и

нефтехимического синтеза, синтетических смол, полимеров, синте-

тических волокон, а также камвольных, жировых и мясокомбинатов.

В них, наряду с нетоксичными загрязнениями, содержатся ядовитые

вещества: красители, смолы, фенолы, спирты, альдегиды, кетоны,

нефтепродукты, сернистые соединения, ароматические соединения,

жирные кислоты, масла, ПАВ, ВМВ и др. Эти сточные воды влияют

на водоем аналогично водам первого типа, но более сильно. Они

снижают содержание кислорода в воде, увеличивают ее окисляе-

мость и БПК. Часто такие стоки содержат ядовитые вещества с рез-

ким неприятным запахом. Многие сточные воды химических произ-

водств имеют интенсивную окраску, наличие же в них ПАВ обу-

славливает сильное теплообразование.

4. Сточные воды, содержащие органические примеси без специ-

фических токсических свойств. К ним относятся стоки микробиоло-

гической промышленности, дрожжевых, пивоваренных, картофеле-

крахмальных, сахарных и других заводов. Основные загрязнители –

нетоксичные органические вещества. Однако они небезвредны для

водоемов. Эти вещества поглощают растворенный в воде кислород и

создают его дефицит. Кроме того, органические загрязнители под

действием бактерий, грибков и простейших претерпевают биохими-

ческие превращения с выделением часто газообразных ядовитых

продуктов распада (сероводорода, аммиака, метана и др.).

Определенную информацию и пользу приносит предложенная

классификация сточных вод в зависимости от места их образова-

ния в технологическом процессе. В соответствии с этой классифи-

кацией сточные воды подразделяются на шесть типов.

1. Реакционные воды – характерны для реакций, идущих с обра-

зованием воды. Они всегда загрязнены исходными веществами и

продуктами реакций. Эти сточные воды весьма сложны для их пере-

работки.

2. Воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах (свобод-

ная или связанная вода). В процессе переработки сырья стоки, в ос-

новном, загрязняются органическими веществами. Например, в ре-

зультате термообработки горючих сланцев образуются сточные во-

ды, содержащие фенолы, альдегиды и т.п.

3. Промывные воды – образуются в результате промывки сырья,

продуктов или полупродуктов.

4. Маточные водные растворы – образуются при проведении

технологических процессов получения или переработки продуктов в

водных растворах.

5. Водные экстракты и абсорбционные жидкости – образуются в

случаях использования воды в качестве экстрагента или абсорбента.

Эти сточные воды могут содержать большое количество различных

химических веществ.

6. Охлаждающие воды – образуются в процессах охлаждения

продуктов и ряда оборудования.

Кроме описанных выше классификаций сточных вод существу-

ют и другие, например по степени их загрязненности, активной ре-

акции среды и т.п. Однако подобные классификации, несмотря на

их несомненную пользу при оценке состава и свойств отдельных ви-

дов стоков, не позволяют провести систематизацию примесей сточ-

ных вод для последующей разработки принципов выбора эффектив-

ных схем очистки. С этой точки зрения наиболее приемлемой явля-

ется классификация, предложенная Л.А. Кульским. Им было отме-

чено, что особенности физико-химического поведения компонентов

воды, имеющие значение при выборе методов их удаления, обуслов-

лены в основном их фазовым состоянием и дисперсностью. Исходя

из этого, все примеси сточных вод по их отношению к дисперсной

среде были разделены на четыре группы. Это разделение базирова-

лось на следующих основных принципах:

1) фазово-дисперсная характеристика веществ с учетом их хи-

мических особенностей определяет в полной мере поведение этих

соединений в водной среде и их отношение к вводимым в воду реа-

гентам;

2) сопоставление методов, используемых на практике для очист-

ки воды от различных загрязнений, находящихся в разных фазово-